科学家们已经绘制出人类甜味受体的三维结构，这种分子机器使我们能够品尝到甜味。这可能导致新调节因子的发现，这些调节因子将显著改变我们对糖的吸引力和食欲。
我们对糖的吸引力已经达到了不健康的水平。美国普通人现在每年消费超过100磅的甜食，而1800年只有18磅。
在5月7日《细胞》上发表的新研究中，哥伦比亚大学的科学家们迈出了应对这一公共健康危机的重要一步。首次，他们绘制了人类甜味受体的三维结构，这种分子机器使我们能够品尝到甜味。这可能导致新调节因子的发现，这些调节因子将显著改变我们对糖的吸引力和食欲。
“糖在肥胖中扮演的重要角色无法忽视，”研究共同第一作者、哥伦比亚大学扎克曼研究所和霍华德·休斯医学研究所的博士后研究员Juen Zhang说。“我们今天用来替代糖的人造甜味剂并未实质性地改变我们对糖的渴望。现在我们知道了受体的形状，我们可能能够设计出更好的东西。”
我们舌头上的甜味受体可以检测大量不同的甜味化学物质，从常见的桌糖（也称为蔗糖）到鸡蛋中的抗微生物酶。与其他受体不同——如苦味、酸味或其他味道——我们的甜味传感器进化得并不是很敏感。这有助于我们专注于富含糖分的食物以获取能量，并驱动我们需要大量甜食来满足我们的甜嘴。
确定人类甜味受体的结构是理解其如何帮助我们检测甜味的关键，从根本上推动了我们对味觉感知的理解。20多年前，Zuker博士和他的同事们发现了哺乳动物甜味受体背后的基因。这一开创性工作揭示了其化学公式，但直到现在没有人知道它的精确形状，就像知道蛋糕的食谱并不能告诉你烘焙完成后的糕点样子。
没有这一知识，理解甜味检测的分子基础以合理设计调节这一重要受体功能的方法一直是一个挑战，Zuker博士说，这项新工作也是在他的实验室进行的。
“我们今天使用的所有人造甜味剂要么是偶然发现的，要么是基于已知的甜味分子，”研究共同作者、Zuker实验室的研究助理Brian Wang说。“因此，大多数人造甜味剂都有缺陷。”
这项新工作以前所未有的细节绘制了人类甜味受体的结构，分辨率高达2.8埃。相比之下，最小的原子——氢原子，宽度略超过1埃。
研究人员采用创新的方法，用了大约三年时间绘制人类甜味受体的结构，主要因为在实验室培养皿中生长这种蛋白质相当困难。
“仅仅获取我们需要的纯化蛋白质以绘制结构就用了超过150种不同的制备，在三年内完成，”研究共同第一作者、Zuker实验室的博士生Zhengyuan Lu说。
科学家们随后使用冷冻电子显微镜（cryo-EM）分析人类甜味受体。这项技术向已被冻结在溶液中的分子发射电子束，帮助研究人员从不同视角捕捉这些分子的快照，从中重建它们的三维结构，达到原子级别。
尤其重要的是，冷冻电子显微镜揭示了受体的结合口袋：甜味物质粘附并触发驱动我们强烈甜食欲望的反应的一部分。
“非常准确地定义这个受体的结合口袋对理解其功能至关重要，”研究共同作者Anthony Fitzpatrick博士、哥伦比亚大学扎克曼研究所的首席研究员说。“通过知道其确切形状，我们可以看到为什么甜味剂附着在上面，以及如何制造或找到更好的分子来激活受体或调节其功能，”Fitzpatrick博士补充道，他还是哥伦比亚大学Vagelos医学院的生物化学和分子生物物理的助理教授。
人类甜味受体由两个主要部分组成。其中一个名为TAS1R2，拥有结合口袋，一个类似于捕蝇草的结构。了解这一部分的结构也可能帮助我们理解人们对甜味敏感度的差异。
科学家们绘制了受体与两种最常用的人造甜味剂——阿斯巴甜和苏克拉糖结合时的结构。这两者的甜度分别是蔗糖的200倍和600倍。
研究人员系统地改变了受体的微小部分。这有助于阐明这些部分在与甜味剂结合中所发挥的作用，研究共同作者、Zuker实验室的博士生Ruihuan Yu说。
“我们正在努力推进科学的理解，以便能够帮助人们，”研究共同作者、Fitzpatrick实验室的研究技术员Andrew Chang说。
尽管人类甜味受体主要存在于口腔的味蕾中，Zhang博士指出，它还散布在全身，可能在胰腺等器官的功能中发挥作用。因此，这一受体结构的新图谱可能支持对我们新陈代谢的研究，以及在糖尿病等疾病方面的研究。
